fcsseratostenes: O hidrogénio na tração

No longínquo ano de 2013 apresentei num congresso da então ADFER um pequeno trabalho* sobre a utilização do hidrogénio na tração de veículos terrestres e marítimos e na conveniência de ir preparando as infraestruturas para isso, considerando, para além da teoria, os bons resultados da experiência de autocarros a hidrogénio no Porto, em 2005.

Não me surpreendi pela absoluta indiferença a que os decisores votaram o assunto. Confesso que me surpreendi com a reação emotiva de colegas que mais tarde se entusiasmaram com os veículos de baterias de lítio, e que até me chamaram ignorante por acharem que o hidrogénio não tinha aplicação na tração de veículos.

Não me devia ter surpreendido porque as pessoas gostam de arranjar trincheiras para defender os seus pontos de vista, em vez de analisarem com calma as vantagens e os inconvenientes de cada solução e os domínios em que uma solução é preferível, segundo análises custo benefício e multicritério. O rendimento do hidrogénio na tração é baixo, mas o vapor das antigas locomotivas também e atualmente até é rentável em explorações turísticas.

Por tudo isso, gostei muito de ler um artigo da Railway Gazette que explica, muito melhor do que eu, em que domínios se deverão explorar as diversas tecnologias.

Também aqui, na escolha de soluções de tração, fui apresentando em sessões públicas em que me julgaram digno de aparecer, o critério de consumo energético, nas rodas ou na origem da energia (do poço à roda) como fator de decisão a considerar com ponderação elevada na escolha de um modo de transporte. Contas e pressupostos das caraterísticas das redes de transporte, dos veículos e da operação, da minha responsabilidade, tendo indicado ligações para os cálculos, normalmente em Excel.

Por exemplo, os quadros seguintes foram apresentados em sessões na Ordem dos Engenheiros e no LNEC, no 10ºcongresso ferroviário de Portugal. Mas os resultados não foram contestados, embora pessoalmente me pareça que confirmá-los ou corrigi-los fosse um bom exercício para os académicos de transporte e energia. Veja-se o caso da emergência do metrobus. Em Coimbra, Braga , Porto e possivelmente em Lisboa, é apresentado como uma solução ideal. Claro que para valores de baixo tráfego e veículos pequenos a economia energética de um sistema carril-roda de ferro relativamente a um sistema asfalto/cimento-pneu não justificaria a prineira opção, mas para volumes de tráfego elevados a opção pelo metrobus indicia que os decisores esqueceram que a resistencia ao rolamento do npneu é superior à da roda de ferro.

para uma ocupação de 30% o comboio elétrico com catenária consome no veículo menos cerca de 14% de energia por passageiro-km; no transporte de mercadorias, em traçado com pendentes limitadas a 1,3%, o comboio elétrico com catenária consome por tonelada-km no veículo cerca de um quarto do consumo do camião elétrico

o consumo de energia primária agrava-se no autocarro elétrico por necessitar de cargas frequentes relativamente ao comboio elétrico com catenária 216 Wh/pass-km contra 155 Wh/pass.km

Dado o exposto, apreciei o artigo da Railway Gazette sobre a utilização do hidrogénio na tração de comboios, não como panaceia, como solução em casos particulares em que é necessário substituir a operação de automotoras diesel sem ter de investir na eletrificação com catenária. Também refere o artigo que para percursos curtos sem catenária ou 3º carril a tração com baterias de lítio será preferível, O autor enquadra muito bem as caraterísticas, vantagens e inconvenientes das soluções catenária, bateria com carregamento em términos, bateria com carregamento distribuido, hidrogénio com célula de combustível, hidrogénio com motor de combustão. Cita ainda o disparate que seria enfiar o hidrogénio nas tubagens do gás natural e transmiti-lo à distancia, quando será mais prático transmitir a eletricidade em muito alta tensão contínua (ou trocá-la entre vizinhos sucessivos) e proceder à eletrólise localmente. De sublinhar o custo do hidrogénio com eletrólise a partir de renováveis (0,34 euro/kWh) e que para produzir 1 kg de H2, com um conteúdo teórico de 33 kWh será necessário consumir cerca de 50 kWh.

	Energia primária	Energia no veículo	Energia na roda
Catenária ou 3ºcarril	100%	90%	75%
Bateria carregamento términus	100%	79%	56%
Bateria carregamento distribuido	100%	79%	63%
Hidrogénio com célula de combustível	100%	60%	20%
Hidrogénio com motor de combustão	100%	60%	16%

Conforme se vê na tabela, resulta um reduzido rendimento para a tração com hidrogénio. No entanto, o inconveniente das baterias, a reduzida capacidade por unidade de peso (cerca de 300Wh/kg, limita a sua utilização em percursos elevados, tal como acontece com os camiões de baterias.

Reproduz-se do artigo o gráfico da densidade de energia a bordo por peso:

exemplo para uma bateria de 500 kWh, eventualmente necessária para o serviço do metrobus Coimbra-Serpins, cerca de 7 toneladas (inclui invólucro de proteção)

Verifica-se assim, numa altura em que comboios de hidrogénio já circularam em testes na linha do Minho, https://www.razaoautomovel.com/noticias/mobilidade-comboio-hibrido-hidrogenio-testes/

que a solução mais eficiente em termos de rendimento é a convencional eletrificação com catenária de 25 kVAC, o que deverá ser considerado nas análises de custo benefício contabilizando o custo da energia poupada.

Reprodução do artigo https://www.railwaygazette.com/in-depth/traction-technology-the-weak-case-for-hydrogen/66055.article :